光学非球面形摆臂式轮廓法测量顶点曲率半径优化算法研究

摆臂式轮廓测量法通过测量非球面与某一球面之间的偏离量实现对非球面形的测量,但无法测量非球面的顶点曲率半径.在开发了测量试验系统的基础上,通过对测量原理的深入研究,利用被测非球面名义面形与测量数据建立了测量参考球面半径非线性最小二乘优化模型,利用该模型,可以在测量非球面形误差的同时获得被测非球面的顶点曲率半径值.同时分析了该模型的理论收敛误差,并在MATLAB下对算法进行了仿真.最后对直径200mm,顶点曲率半径1400mm的凹形抛物面镜进行了测量实验.仿真和测量试验表明了算法的有效性.     

基于柱面坐标系的新型光学坐标测量机的研制

研制了一种基于柱面坐标系的新型专用非球面坐标测量机,通过测量非球面多条子午截线实现对非球面形的全口径检测。在结构设计方面,采用了龙门框架加回转运动的形式,利用高精度气浮导轨实现水平运动,利用端齿盘实现对工件的精确分度,通过点位测量的方式实现对非球面形的高精度检测。在软件方面,建立了系统的数学模型和柱面坐标系下回转对称非球面形全口径检测算法,并在VC++6.0和Matlab平台上编制了测控软件和数据处理软件。系统最大测量口径为600 mm,测量高度为25 mm,最小测量步长为1 mm,经过系统误差补偿后,系统精度优于1 μm,满足了精磨、粗抛阶段非球面形检测要求。试验表明:系统运行良好,精度满足要求,同时具有良好的通用性,可用于非球面精磨、粗抛阶段的检测。     

轨道转换车导向轮轴承失效机理

针对轨道转换车导向轮下沉的问题,在计算导向轮组件承受冲击载荷的基础上,分析了导向轮轴承失效机理,主要是由于轴承承受冲击弯矩载荷,外圈挡边磨损直至断裂失效,并给出了改进建议。     

高陡度保形光学镜面的坐标测量

针对高陡度保形光学镜面的检测,提出了基于多段拼接的光学镜面坐标测量方法。该方法将保形光学镜面轮廓的测量分割为具有一定重叠区域的数段较短的面形轮廓的测量,通过测量系统与被测工件之间的相对旋转与平移运动调整被测工件的姿态实现分段轮廓的测量。然后使用拼接算法将各段面形轮廓拼接起来,重构出被测工件的面形误差。建立了该坐标测量法的数学模型,提出了基于最小二乘的迭代拼接算法,并在Matlab下对测量算法进行了仿真。开发了高精度的测量试验系统并分别在VC与Matlab下编写了测控软件与数据分析软件。对一口径为120mm,长径比为1.2的椭球形保形头罩进行了实测试验。仿真与测量试验表明,上述方法能够高精度地重构出面形轮廓,方法简单,实用。     

使用短基准的超精密长导轨直线度误差测量方法

在超精密加工与检测技术中,高精度长导轨直线度误差的测量与补偿技术一直是一个研究重点。在系统研究现有各种导轨直线度误差测量方法的基础上,提出一种使用短基准的导轨直线度误差测量方法,将长导轨直线度误差的测量问题分解为具有一定重叠区域的数段较短导轨直线度误差的测量问题。直接利用超精密直线度物理基准测量各段导轨直线度误差,通过将各段导轨直线度误差拼接起来,重构出长导轨的直线度误差。利用空间坐标变换关系建立基于最小二乘法的直线度误差测量算法,以及相对机械运动误差对测量结果影响的数学模型,分析研究重叠区域二次采样点的匹配误差,以及测量误差、采样频率等因素对重叠区域长度选择的影响规律。对长550 mm的气浮导轨进行实际测量试验,仿真与测量试验表明上述方法简单实用,可操作性强。     

光学非球面坐标测量中位姿误差的分离与优化

在开发了一种专用非球面坐标测量机的基础上,分析了测量系统与工件在空间6个自由度上的相对位姿误差的关系,建立了位姿误差的数学模型。利用模型参数估计的方法,建立了测量数据与名义面形之间基于最小二乘法的优化模型,得到了上述位姿误差的最小二乘估计,并据此对工件面形误差测量结果进行校正,消除了位姿误差的影响,提高了测量结果的可信度与精度,最终使测量系统精度达到0.5 μm,重复精度优于0.3 μm。     

摆臂式非球面轮廓仪的原理与试验

介绍了一种新颖的非球面轮廓仪的测量原理和测量试验,它通过测量非球面与某一参考球面之间的偏离量来唯一确定非球面的面形误差,通过调整测量臂长以及回转轴线与光轴之间的夹角实现对不同非球面的测量。系统主要由高精度两维转台,高刚度测量臂,四自由度微调系统和高精度扫描测量传感器组成,并分别在VC++6.0与MATLAB平台上开发了测控软件以及数据处理软件。该测量方法的优点是测量所需传感器量程小,测量运动为一个简单的回转运动;缺点是测量调整自由度多,校准困难。建立了测量系统的数学模型,通过测量数据与名义面形之间的非线性优化,在获得面形误差的同时获得了非球面面形参数误差。通过测量多条截线实现了对非球面面形的全口径检测。最后对直径200 mm,顶点曲率半径1 400 mm的凹形抛物面镜进行了测量,结果表明,系统重复精度优于0.8 μm,精度优于1 μm。